[发明专利]一种基于复色的并行交换调度方法

说明书

本发明针对大规模高速交换网络中的业务调度问题，公开了一种基于复色的并行交换调度方法，采用批量调度的方式，引入复色的概念，利用复色最优、分布式以及可并行化的特点，在无需知道交换网络全局信息的前提下，完成对交换系统的业务调度，快速而有效地得到最优的调度方案，使得交换网络中的带宽得到最大化的利用，获得接近100％的吞吐能力。该算法的计算复杂度为O(log²N)。

技术领域

本发明涉及交换网络技术领域，特别是涉及一种基于新型着色方式复色的并行交换调度算法。

背景技术

近年来，随着大量新兴宽带应用的迅速发展，人们对于海量信息的传输、处理提出了更高的要求。其中，交换系统扮演着重要的角色。无论是在传统网络，例如城市骨干网，还是在以数据中心为代表的新型网络中，交换网络都起着至关重要的作用。

交换网络的性能主要取决于业务调度方法。网络信息的爆炸式增长使得交换机端口的数量越来越多，端口速率也越来越高，实时收集所有端口的数据信息变得越来越困难。因此，业务调度方法的设计主要面临以下挑战和要求：

(1)可扩展性好。一个好的调度方法需要满足交换网络规模不断扩大的发展趋势。

(2)高吞吐量。一个好的调度方法必须使交换网络中的带宽资源得到最大程度的利用，使得整个交换网络获得高吞吐量能力。

(3)分布式并行操作。一个好的调度方法需要尽量减少收集端口信息所带来的代价，降低计算复杂度。

为了达到以上要求，目前关于交换网络的调度方法主要可分为以下几类：

第一大类为最大匹配算法。最大匹配算法的基本思想是，使每个时隙的输入输出端口连接数最大化，从而使即时带宽最大化利用。目前，该类算法的计算复杂度为O(NlogN)，因此，这类算法的可扩展性较差。此外，在非均匀的业务负载情况下，该类算法可能导致系统不稳定。而在实际系统中，大多数业务流量都是非均匀的。因此该类算法无法满足当前交换网络发展的要求。

第二大类为最大权匹配算法。针对最大匹配算法的不足，该类算法将系统的实时数据信息，如缓存队列长度或排队等待时间等，纳入考虑因素，赋予相应的权重。这样，调度算法将利用更多的有效信息，在均匀和非均匀负载情况下，都能得到性能较好的调度方案。然而，目前大部分此类算法的计算复杂度较高，通常为O(N²logN)。因此，该类算法可扩展性较差，无法满足交换网络的发展需求。

第三大类为批量调度算法。在该类调度算法中，规定一个连续时隙范围，称为帧。不同于前两类调度算法在每个时隙都对数据业务进行调度，批量调度算法以一帧为单位，对一帧内的数据业务统一进行调度。这样，既能降低每个时隙的均摊复杂度，也能充分利用该帧内的业务的统计特性。但是，目前存在的该类算法还无法很好地兼顾分布式实现和低计算复杂度。

第四类是准静态调度算法。为了避免在线计算，该类算法应运而生。准静态调度算法主要是基于Birkhoff von Neuman(BvN)双随机矩阵分解的原理。它们首先将统计平均的业务流量矩阵进行BvN分解，得到交换机的预设交换状态；然后根据分解过程中每个预设交换状态的权重调度这些交换状态，从而达到带宽保证的目的；当业务矩阵发生重大变化时，可根据新的矩阵进行调度。BvN调度算法具有在线计算复杂度低、在平稳业务下可获得高吞吐量的特点。但是在每次业务矩阵发生重大变化时，BvN分解的复杂度高达O(N^4.5)，给系统带来很大的计算负担。

发明内容

本发明的目的是针对高速交换网络中业务调度问题，提出一种基于复色的并行交换调度方法，具有快速、分布式、可并行等特点，在均匀和非均匀的负载下都能得到近100％的吞吐能力，以适应大数据时代高速交换网络的发展需求。